 Gravure profonde de semi-conducteurs : expérience et modélisation |
Gravure cryogénique profonde de silicium par plasma ICP SF6-O2  |
Participants:
- Ahmed Rhallabi (PR)
- Christophe CARDINAUD (DR)
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Ce thème est développé en collaboration avec le GREMI (UMR6606 CNRS-Université d’Orléans) et STmicroelectronics-Tours.
La réalisation de structures profondes (trous et tranchées de 20 à 300 µm) et de grand facteur de forme (> 50) est nécessaire en micro électronique pour l’isolation des composants de puissance, et plus généralement dans le développement des MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems). Dans cet exemple, l’obtention d’une gravure anisotrope, avec des flancs plans et lisses, est un critère essentiel, en vue du remplissage ultérieur des tranchées. En effet si le motif présente des flancs rentrants, bombés (bowing), ou une forte rugosité, la qualité du remplissage est dégradée et peuvent se créer des zones de vide qui nuisent aux caractéristiques d’isolation. Par ailleurs pour satisfaire au besoin de l’intégration il est indispensable que le motif ne présente pas (ou peu) de gravure sous le masque (undercut). L’anisotropie de gravure dans le procédé de gravure cryogénique en plasma SF6-O2 est obtenue par la formation sur le flanc du motif d’une couche de passivation, qui s’avère très sensible au paramètres température, débit d’O2, énergie des ions : trop faible elle ne peut prévenir la formation de défauts, trop efficace elle conduit au blocage localisé ou global de la gravure.
L’action de l’IMN porte sur deux points principaux.
- En partenariat avec le GREMI nous étudions la composition de la couche de passivation et son évolution en fonction des paramètres, dans le but de mieux comprendre les mécanismes de formation des défauts d’anisotropie. Ces études se font sur la plate-forme Optimist de l’IMN.
- A coté de ces études expérimentales, nous poursuivrons un travail de modélisation qui consistera à coupler le modèle 2D de gravure de silicium par plasma de SF6-O2 précédemment développé (thèse de Grégory Marcos) à un modèle cinétique de la décharge. L'objectif est de proposer un simulateur complet capable de prédire la morphologie des tranchées gravées en fonction des paramètres de décharge.
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Figure 1 : Gravure profonde de silicium : L’élimination des défauts de gravure comme l’undercut et le Bowing passe par la compréhension des mécanismes d’interaction plasma surface.
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Figure 2 :Rôle prédictif du simulateur de gravure : Prédiction de la morphologie des motifs gravés et de l’évolution de la vitesse de gravure en fonction de la profondeur gravée. |
| Collaborations
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- Groupe de Recherche sur L’Energétique des Milieux Ionisés, Université d’Orléans (GREMI)
- ST Microelectronics Tours
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| Publications |
- G. Marcos, A. Rhallabi, P. Ranson “A Monte-Carlo simulation method for etching of deep trenches in Si by SF6/O2 plasma mixture” J. Vac. Sci. Technol. A 21, 87 (2003).
- A. Blauw, E. Van Der Drift, G. Marcos, A. Rhallabi “Modelling of anisotropic plasma etching of silicon with oxygen sidewall passivation” J. of Appl. Phys. 94, 6311 (2003)
- G. Marcos, A. Rhallabi, P. Ranson “Topographic and kinetic effects of the SF6/O2 rate during a cryogenic etching process of silicon” J. Vac. Sci. Technol. B, 22, (2004).
- G. Marcos, A. Rhallabi, P. Ranson “Angular dependence of sputtering yield and etched species redeposition: consequences on etched trench profiles” Applied Surface Science, en correction (2007).
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